《Food Chemistry》：Eco-friendly and active carboxymethyl cellulose film integrated with eggshell powder and tea polyphenols for beef and apple preservation
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本研究利用小麦秸秆基羧甲基纤维素（CMC）为基质，添加超细研磨得到的蛋壳粉（ESP）和茶多酚（TP），制备了新型可降解CGP-ESP-TP复合包装膜。实验表明，该膜具有优异的抗氧化和抗紫外线性能，拉伸强度达35.84 MPa，氧气透过率1.44×10?1? kg·m?2·s?1·Pa?1，且可有效抑制牛肉和苹果的腐败，保持其品质。该研究验证了蛋壳粉作为废弃资源在可持续包装中的应用潜力。
Congyan Qi|Peibin Guan|Yunzhe Zhang|Wei Zhang
河北农业大学食品科学与技术学院，保定071000，中国
摘要
由腐败导致的食物浪费不仅给社会造成巨大的经济损失，还加剧了全球饥饿问题。在当前全球环境意识日益增强和对食品安全日益关注的背景下，可生物降解的活性包装材料受到了广泛关注。本研究制备了一种新型的可降解CGP-ESP-TP薄膜，该薄膜以小麦秸秆基羧甲基纤维素（CMC，2%）、甘油（占CMC质量的30%）、通过超细研磨获得的蛋壳粉（2.5%）以及茶多酚和聚苹果酸酯（0.9%）为原料，用于牛肉和苹果的保鲜。通过超细研磨得到的蛋壳粉颗粒中90%的粒径小于8.942微米。当茶多酚的浓度为0.20%时，CGP-ESP5-TP4薄膜表现出优异的抗氧化和抗紫外线性能，其拉伸强度、断裂伸长率、氧气渗透率、水蒸气渗透率和二氧化碳渗透率分别为35.84 MPa、100.96%、1.44 × 10?14 kg·m·m?2·s?1·Pa?1、1.10 × 10?13 g·m·m?2·s?1·Pa?1和1.25 × 10?14 kg·m·m?2·s?1·Pa?1。扫描电子显微镜结果显示，除蛋壳粉外，薄膜的其他成分在溶液中具有良好的溶解性。傅里叶变换红外光谱分析表明，薄膜基质之间的主要相互作用力是非共价键（如氢键）。保鲜实验表明，这种包装薄膜有效降低了牛肉的pH值、总挥发性碱性氮和总菌落数量的增加，以及苹果的pH值上升和重量损失，并减少了苹果的硬度，从而有效保持了其品质。研究表明，利用废弃资源中的蛋壳粉制备可持续且可生物降解的复合材料在食品包装应用中具有巨大潜力。
引言
食物（包括水果、蔬菜和肉类）容易因水分流失、呼吸作用和微生物繁殖而变质（Jung等人，2020年）。这一现象不仅导致资源浪费和经济损失，还加剧了全球饥饿问题（Li等人，2025a年）。因此，人们采用了多种保鲜技术，如冷藏（Okatan等人，2025年）、射线辐射（Yao等人，2023年）、活性包装（Zhu等人，2023年）和涂层技术（Kaur等人，2024年），通过减少水分流失、抑制呼吸作用和防止微生物生长来延长食品的保质期。
基于石油的塑料在水果、蔬菜和肉类保鲜领域之所以受欢迎，是因为其成本低廉、成型性好、机械性能和阻隔性能优异。然而，随着公众环保意识的提高，天然和可再生生物聚合物在包装工业中的应用研究也日益增多。羧甲基纤维素（CMC）作为一种水溶性纤维素衍生物，通过碱性条件下的醚化反应以秸秆纤维素为原料制备，因其天然、无毒和安全的特点而在食品保鲜行业中得到广泛应用（Zhang等人，2025年）。为了进一步提高CMC薄膜的性能并延长食品的保质期，人们向薄膜基质中添加了活性或功能性成分，如维生素、营养物质、酶、抗菌剂、抗氧化剂、益生菌和抗褐变剂（Panahirad等人，2021年）。
目前，家禽产业和家庭厨房每年会产生大量废弃蛋壳。这些蛋壳通常未经适当处理就被直接填埋，导致严重的环境污染和资源浪费（Alias & Ismail，2021年）。蛋壳主要由碳酸钙（CaCO3）等无机物和胶原蛋白、硫酸化多糖或蛋白质等有机物组成（Vonnie等人，2022年）。重新利用和回收废弃蛋壳可以增加鸡蛋产品的经济效益并减少环境污染（King'Ori，2011年）。近年来，蛋壳粉（ESP）被用作多种生物聚合物和可生物降解塑料（如淀粉和聚（乙烯醇）（PVA）的生物填料，用于开发二元生物复合材料，因为它储量丰富、环保、可再生且密度低（Prabhakar等人，2015年）。例如，Wu等人（2020年）研究了PVA基质中ESP含量（占重量的10–50%）对PVA/ESP生物复合薄膜结构和性能的影响；Rong等人（2022年）将豌豆淀粉和Mesona chinensis Benth多糖与蛋壳粉结合制备了复合薄膜。两项研究均表明，ESP在生物聚合物基质中均匀分散，对薄膜/凝胶的性能有积极影响。超细研磨技术是一种新兴技术，通过物理破碎方法（如研磨、机械冲击和剪切）将0.5–5毫米的物料粉碎至10微米以下的颗粒（Gao等人，2020年）。该技术广泛应用于姜粉、去壳大麦、高粱粉、lentinus edodes蘑菇等食品加工（Gan等人，2022年）。然而，关于蛋壳在不同机械研磨条件下在生物聚合物基质中应用的研究较少，尤其是关于超细研磨得到的蛋壳粉的应用研究更是寥寥无几。
茶多酚（TP）具有优异的水溶性、抗氧化活性和生物相容性，是茶叶中的主要活性成分之一（Senanayake，2013年）。TP的主要成分是黄酮醇。TP已被应用于多种聚合物中，如多糖、蛋白质和聚乙烯醇（Yang等人，2021年），推动了多种抗氧化包装薄膜的发展。Li等人（2025b）的研究表明，添加TP显著改善了PE薄膜的机械性能和抗氧化能力，用PE-TP薄膜包装的蓝莓比对照组重量损失更小、外观更好，这说明TP的添加显著提升了薄膜性能，对水果和蔬菜的保鲜效果显著。
基于我们之前的研究结果（该研究专注于制备含有富聚苹果酸酯的小麦秸秆基羧甲基纤维素-甘油薄膜（简称CGP），并将其应用于牛肉和苹果的保鲜），本研究首次提出将超细研磨得到的蛋壳粉和茶多酚加入CGP薄膜中以改善食品保鲜效果。本研究旨在开发CGP-ESP-TP薄膜，以提高其性能。以CMC为基质，加入蛋壳粉作为填充剂以增强薄膜的机械性能和阻隔性能，并使用茶多酚作为抗氧化成分。研究采用了扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射（XRD）和傅里叶变换红外光谱（FTIR）等分析方法。此外，还测量了复合薄膜的机械性能、阻隔性能、抗氧化活性和生物降解性。最后，通过记录pH值、总菌落数量（TVC）、总挥发性碱性氮（TVB-N）、总重量损失和硬度等指标，评估了CGP-ESP-TP薄膜的保鲜效果。
材料
小麦秸秆采集自中国保定河北农业大学的实验田。甘油（Gly，增塑剂）购自美国Sigma公司。聚苹果酸酯（PMA，食品防腐剂）和茶多酚（TP，食品抗氧化剂）购自中国上海的Maclin Biotechemical有限公司。黄色鸡蛋、新鲜牛肉和苹果均从中国保定的超市采购。
通过超细研磨制备蛋壳粉
蛋壳粉（ESP）是通过精细工艺制备的。首先，将黄色鸡蛋...
ESP的特性
粒径分布是影响粉末样品质量的重要物理参数。蛋壳是家庭厨房废弃物的副产品。图2显示了通过超细研磨得到的ESP颗粒大小及其显微图。图2A中，ESP的粒径分别为0.802微米、2.685微米和8.942微米，这些粒径小于高速研磨得到的粒径（4.57微米、8.15微米和14.09微米）。
结论
总之，成功开发了用于食品保鲜的CGP-ESP-TP复合涂层。本研究最重要的发现是将通过超细研磨得到的TP和ESP（厨房废弃物）加入之前制备的CGP薄膜中。CGP-ESP-TP复合薄膜不仅制备和降解过程简单，而且性能令人满意且成本低廉。ESP和TP的加入显著提升了...
作者贡献声明
Congyan Qi：撰写初稿、资源准备、方法设计、概念构建。Peibin Guan：审稿与编辑、数据可视化、验证、实验设计。Yunzhe Zhang：软件应用、实验实施、数据整理。Wei Zhang：项目监督。
未引用的参考文献
Chen等人，2025
King'ori，2011
Li等人，2025
Li等人，2025
Li等人，2022
Li, Khan, Ahmad, Zhang和Goksen，2025
Xu等人，2024
Zhang等人，2025
Zhang等人，2025
利益冲突声明
作者声明没有已知的财务利益冲突或个人关系可能影响本文的研究结果。
致谢
本研究得到了河北农业大学人才引进研究专项（项目编号：YJ2023019）的支持。
